Объектный пул С++, который предоставляет элементы как интеллектуальные указатели, которые возвращаются в пул при удалении

Мне нравится с идеями С++, и я немного застрял в этой проблеме.

Мне нужен класс LIFO, который управляет пулом ресурсов. Когда запрашивается ресурс (через acquire()), он возвращает объект как unique_ptr, который при удалении приводит к возврату ресурса в пул.

Единичные тесты:

// Create the pool, that holds (for simplicity, int objects)
SharedPool<int> pool;
TS_ASSERT(pool.empty());

// Add an object to the pool, which is now, no longer empty
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(42)));
TS_ASSERT(!pool.empty());

// Pop this object within its own scope, causing the pool to be empty
{
  auto v = pool.acquire();
  TS_ASSERT_EQUALS(*v, 42);
  TS_ASSERT(pool.empty());
}

// Object should now have returned to the pool
TS_ASSERT(!pool.empty())

Основная реализация, которая пройдет тесты, за исключением важного финального теста:

template <class T>
class SharedPool
{
 public:
  SharedPool(){}
  virtual ~SharedPool(){}

  void add(std::unique_ptr<T> t) {
    pool_.push(std::move(t));
  }

  std::unique_ptr<T> acquire() {
    assert(!pool_.empty());
    std::unique_ptr<T> tmp(std::move(pool_.top()));
    pool_.pop();
    return std::move(tmp);
  }

  bool empty() const {
    return pool_.empty();
  }

 private:
  std::stack<std::unique_ptr<T> > pool_;
};

Вопрос:. Как сделать так, чтобы acquire() возвращал unique_ptr такого типа, что у дебетера есть знания this и вызывает this->add(...), возвращая ресурс обратно в бассейн.

Ответ 1

Наивная реализация

Реализация использует unique_ptr с пользовательским удалением, который возвращает объекты в пул. Оба acquire и release равны O(1). Кроме того, unique_ptr с пользовательскими удалениями может быть неявно преобразован в shared_ptr.

template <class T>
class SharedPool
{
 public:
  using ptr_type = std::unique_ptr<T, std::function<void(T*)> >;

  SharedPool() {}
  virtual ~SharedPool(){}

  void add(std::unique_ptr<T> t) {
    pool_.push(std::move(t));
  }

  ptr_type acquire() {
    assert(!pool_.empty());
    ptr_type tmp(pool_.top().release(),
                 [this](T* ptr) {
                   this->add(std::unique_ptr<T>(ptr));
                 });
    pool_.pop();
    return std::move(tmp);
  }

  bool empty() const {
    return pool_.empty();
  }

  size_t size() const {
    return pool_.size();
  }

 private:
  std::stack<std::unique_ptr<T> > pool_;
};

Использование примера:

SharedPool<int> pool;
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(42)));
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(84)));
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(1024)));
pool.add(std::unique_ptr<int>(new int(1337)));

// Three ways to express the unique_ptr object
auto v1 = pool.acquire();
SharedPool<int>::ptr_type v2 = pool.acquire();    
std::unique_ptr<int, std::function<void(int*)> > v3 = pool.acquire();

// Implicitly converted shared_ptr with correct deleter
std::shared_ptr<int> v4 = pool.acquire();

// Note that adding an acquired object is (correctly) disallowed:
// pool.add(v1);  // compiler error

Возможно, вы столкнулись с серьезной проблемой с этой реализацией. Следующее использование немыслимо:

  std::unique_ptr< SharedPool<Widget> > pool( new SharedPool<Widget> );
  pool->add(std::unique_ptr<Widget>(new Widget(42)));
  pool->add(std::unique_ptr<Widget>(new Widget(84)));

  // [Widget,42] acquired(), and released from pool
  auto v1 = pool->acquire();

  // [Widget,84] is destroyed properly, together with pool
  pool.reset(nullptr);

  // [Widget,42] is not destroyed, pool no longer exists.
  v1.reset(nullptr);
  // Memory leak

Нам нужен способ сохранить информацию, необходимую для удаления, чтобы сделать различие

Должен ли я возвращать объект в пул?
Должен ли я удалить фактический объект?

Один из способов сделать это (предложенный T.C.) состоит в том, что каждый дебетер сохраняет член weak_ptr до shared_ptr в SharedPool. Это позволяет удаленному владельцу узнать, был ли пул уничтожен.

Правильная реализация:

template <class T>
class SharedPool
{
 private:
  struct External_Deleter {
    explicit External_Deleter(std::weak_ptr<SharedPool<T>* > pool)
        : pool_(pool) {}

    void operator()(T* ptr) {
      if (auto pool_ptr = pool_.lock()) {
        try {
          (*pool_ptr.get())->add(std::unique_ptr<T>{ptr});
          return;
        } catch(...) {}
      }
      std::default_delete<T>{}(ptr);
    }
   private:
    std::weak_ptr<SharedPool<T>* > pool_;
  };

 public:
  using ptr_type = std::unique_ptr<T, External_Deleter >;

  SharedPool() : this_ptr_(new SharedPool<T>*(this)) {}
  virtual ~SharedPool(){}

  void add(std::unique_ptr<T> t) {
    pool_.push(std::move(t));
  }

  ptr_type acquire() {
    assert(!pool_.empty());
    ptr_type tmp(pool_.top().release(),
                 External_Deleter{std::weak_ptr<SharedPool<T>*>{this_ptr_}});
    pool_.pop();
    return std::move(tmp);
  }

  bool empty() const {
    return pool_.empty();
  }

  size_t size() const {
    return pool_.size();
  }

 private:
  std::shared_ptr<SharedPool<T>* > this_ptr_;
  std::stack<std::unique_ptr<T> > pool_;
};

Ответ 2

Здесь пользовательский дебит, который проверяет, жив ли пул.

template<typename T>
class return_to_pool
{
  std::weak_ptr<SharedPool<T>> pool

public:
  return_to_pool(const shared_ptr<SharedPool<T>>& sp) : pool(sp) { }

  void operator()(T* p) const
  {
    if (auto sp = pool.lock())
    {
      try {
        sp->add(std::unique_ptr<T>(p));
        return;
      } catch (const std::bad_alloc&) {
      }
    }
    std::default_delete<T>{}(p);
  }
};

template <class T>
class SharedPool : std::enable_shared_from_this<SharedPool<T>>
{
public:
  using ptr_type = std::unique_ptr<T, return_to_pool<T>>;
  ...
  ptr_type acquire()
  {
    if (pool_.empty())
      throw std::logic_error("pool closed");
    ptr_type tmp{pool_.top().release(), this->shared_from_this()};
    pool_.pop();
    return tmp;
  }
  ...
};

// SharedPool must be owned by a shared_ptr for enable_shared_from_this to work
auto pool = std::make_shared<SharedPool<int>>();

Ответ 3

Хотя вопрос старый и уже был дан ответ, у меня есть один незначительный комментарий к решению, предложенному @swalog.

Функтор удаления может привести к повреждению памяти из-за двойного удаления:

void operator()(T* ptr) {
  if (auto pool_ptr = pool_.lock()) {
    try {
      (*pool_ptr.get())->add(std::unique_ptr<T>{ptr});
      return;
    } catch(...) {}
  }
  std::default_delete<T>{}(ptr);
}

unique_ptr, созданный здесь, будет уничтожен при обнаружении исключения. Следовательно,

std::default_delete<T>{}(ptr);

приведет к двойному удалению.

Его можно исправить, изменив место создания unique_ptr из T *:

void operator()(T* ptr) {
  std::unique_ptr<T> uptr(ptr);
  if (auto pool_ptr = pool_.lock()) {
    try {
      (*pool_ptr.get())->add(std::move(uptr));
      return;
    } catch(...) {}
  }
}

Ответ 4

Рассмотрим вместо этого shared_ptr. Единственное изменение, которое вам нужно сделать, - не считать автоматические указатели с несколькими владельцами. Объекты, которые были бы получены из SharedPool, могли бы удалить автоматический указатель как обычно, но SharedPool по-прежнему будет удерживать фактический указатель авто.

template <class T>
class SharedPool
{
 public:
  SharedPool(){}
  virtual ~SharedPool(){}

  void add(std::unique_ptr<T> t) {
    pool_.push_back(std::move(t));
  }

  std::shared_ptr<T> acquire() {
    assert(!empty());
    return *std::find_if(pool_.begin(), pool.end(), [](const std::shared_ptr<T>& i){return i.count() == 1;});
  }

  bool empty() const {
    return std::none_of(pool_.begin(), pool_.end(), [](const std::shared_ptr<T>& i){return i.count() == 1;});
  }

 private:
  std::vector<std::shared_ptr<T>> pool_;
};